知识资料结构试验(四)(新版)知识资料

朽木易折，金石可镂。千里之行，始于足下。第页/共页需要课件请或(3)电阻应变计的种类电阻应变计的种类无数，按敏感栅的种类划分，有丝式、箔式、半导体等；按基底材料划分，有纸基、胶基等；按使用极限温度划分，有低温、常温、高温等。箔式应变计是在薄胶膜基底上镀合金薄膜，然后通过光刻技术制成，具有绝缘度高、耐疲劳性能好、横向效应小等特点，但价格较高。丝绕式多为纸基，虽有防潮性能、耐疲劳性能稍差，横向效应较大等缺点。但价格较低，且易粘贴，可用于普通的静力实验。图18—2—30为几种应变计的形式。(4)电阻应变计的粘贴用应变计测量试件的应变，应该使应变计与被测物体变形一致，才干得到确切的测量结果。通常采用粘结剂把应变计粘贴在被测物体上，粘贴的好坏对测量结果影响很大。粘贴的技术要求十分郑重，为保证粘贴质量和测量准确，要求：①测点基底平整、清洁、干燥；②粘结剂的电绝缘性、化学稳定性和工艺性能良好，以及蠕变小、粘贴强度高如四个应变计规格相同，即R1=R2=R3=R4，应变计灵巧系数K1=K2=K3=K4=K，则有由上式可知，当△R≤R时，输出电压与应变成线性关系，与四个桥臂应变的代数和成线性关系；相邻桥臂的应变符号相反，如ε1与ε2，相对桥臂的应变符号相同，如ε1与ε3。由此可得电桥的桥臂特性，即当相邻桥臂的应变增量同号时，其作用互相抵消；异号时，其作用互相叠加。而两相对桥臂的应变增量同号时，其作用互相叠加；异号时，其作用则相减输出，两者情况正巧相反。利用这一特性，可以举行温度补偿和求得不同联接时的桥臂系数及相应不同的量测灵巧度。见表18—2—1。用电阻应变仪测量应变时，用电阻应变仪中的电阻和电阻应变计共同组成惠斯顿电桥。当应变计发生应变、其电阻值发生变化，使电桥失去平衡；倘若在电桥中接入一可变电阻，调节可变电阻、使电桥恢复平衡，这个可变电阻调节值与应变计的电阻变化有对应关系，通过测量这个可变电阻调节值来测量应变的主意称为零位读数法。倘若不用可变电阻，直接测量电桥失去平衡后的输出电压，再换算成应变值，这种主意称为直读法(或偏位法)。常用的电桥与相应的应变计布置见表18—2—1，采用何种电桥和应变计布置应按照实验要求而定，当用于测量非匀质材料的应变时，或当应变测点较多时，应尽量采用1／4电桥，以避免各个应变测点之间的互相影响。随着电子技术的发展，配置有高精度、高分辨率的积分电压表的数据采集仪广泛应用于结构实验、应用于应变测量。数据采集仪测量应变常采用直读法，直接测量电桥失去平衡后的输出电压。通过换算可得到相应的应变值。2．力传感器和压力传感器结构实验中，力传感器和压力传感器是用来测量对结构(试件)的作使劲(荷载)、支座反力等。力传感器和压力传感器主要有机械式和电测式两类，如图18—2—32所示。传感器的基本原理是用一弹性元件在感触力或压力时，弹性元件即发生与外力或压力成相对应关系的变形，用机械装置把这些变形按逻辑举行放大和显示的即为机械式传感器，用电阻应变计把这些变形改变成电阻变化然后再举行测量的即为应变式传感器。此外，还有利用压电效应制成的压电式传感器。测量时，机械式传感器为直读仪器，可以直接从传感器指示的变形值得到量测的力值；应变式传感器应与应变仪或数据采集仪衔接，从应变仪上读到应变值再换算成力值或压力值，也可由数据采集仪或通过数据采集仪接人计算机，自动换算成力值或压力值输出；压电式传感器应与电荷放大器衔接，然后再输给记录仪器等。3．线位移传感器线位移传感器(简称位移传感器)可用来测量结构的位移，包括结构的反应和对结构的作用、支座位移。它测到的是某一点相对另一点的位移、即测点相对于位移传感器支架固定点的位移。常用的位移传感器有机械式百分表、电子百分表、滑阻式传感器和差动电感式传感器，见图18—2—33。它们的工作原理是用一可滑动的测杆去感触线位移，然后把这个位移量用各种主意转换成表盘读数或各种电量。如机械式百分表，它用一组齿轮等把测杆的滑动(即位移)转换成指针的转动、即表盘读数；电子百分表是通过弹簧把测杆的滑动改变为固定在表壳上的悬臂小梁的弯曲变形，再用应变计把这个弯曲变形改变成应变输出；滑阻式传感器是通过可变电阻把测杆的滑动改变成两个相邻桥臂的电阻变化，与应变仪等接成惠斯登电桥，把位移转换成电压输出；差动式传感器是把测杆的滑动变成滑动铁芯和线圈之间的相对位移、并转换成电压输出。当位移值较大、测量要求不高时，还可用水准仪、经纬仪及直尺等举行测量。在结构实验中，人们还常常利用位移传感器来量测结构的应变。应变的定义是单位长度的变形(拉伸、压缩和剪切)，在实验中，可以量测两点之间的相对位移来计算两点之间的平均应变。设两点之间的距离为L(称为标距)，被测物体发生变形后，两点之间有相对位移△L，则在标距内的平均应变ε为ε=△L／L(18—2—8)式中，△L是以两点之间的距离增强为正，表示得到拉应变，以减少为负，表示得到压应变。图18—2—34所示的手持应变仪和百分表应变装置是两种利用位移传感器测量应变的仪器和装置。4．角位移传感器角位移传感器(简称倾角仪)是安装在结构的被测点上，实验时随结构的变形而产生倾角，由此测得结构的角位移。常用的角位移传感器有水准管式倾角仪、电阻应变式倾角传感器及DC—10水准式角度传感器，见图18—2—35。它们的工作原理是以重力作用线为参考，以感触元件相对于重力线的某一状态为初值，当传感器随结构一起发生角位移后，其感触元件相对于重力线的状态也随之改变，把这个相应的变化量用各种主意转换成表盘读数或各种电量。如水准管式倾角仪，用一长水准管作为感触元件，与微调螺丝和度盘配合，测量角位移；电阻应变式倾角传感器用梁式摆作为感触元件，因为摆的重力，摆上的梁将发生与角位移相应的弯曲变形，再用梁上的应变计把这个弯曲变形转换成应变输出；BC—10水准式角度传感器用液体摆来感触角位移，液面的倾斜将引起电极A、B之间和B、C之间的电阻发生相应改变，把电极A、B和C接入测量电桥，就可以得到与角位移相对应电压输出。5．裂缝测量仪器测量裂缝宽度通常用读数显微镜(图18—2—36)，它是由光学透镜与游标刻度等组成。还可以用印有不同宽度线条的裂缝标尺(图18—2—37)与裂缝对照来决定裂缝宽度；也可使用一组具有不同厚度的标准塞尺举行试插，正巧插入裂缝的塞尺厚度即为该裂缝的宽度。6．测振传感器测振传感器是由惯性质量、阻尼和弹簧组成一个质量弹簧系统，这个系统固定在振动体上(即传感器的外壳固定在振动体上)、与振动体一起振动；通过测量惯性质量相对于传感器外壳的运动，就可以得到振动体的振动(图18—2—38)。(1)磁电式速度传感器磁电式速度传感器是按照电磁感应的原理制成的，图18—2—39为一磁电式速度传感器，磁钢和壳体相衔接、并通过壳体安装在振动体上，与振动体一起振动；芯轴和线圈组成传感器的系统质量，通过弹簧片(系统弹簧)与壳体衔接。振动体振动时，系统质量与传感器壳体之间发生相对位移，因此线圈与磁钢之间也发生相对运动，按照电磁感应定律，感应电动势正的大小为E=BLnv(18—2—9)式中B为线圈所在磁钢间隙的磁感应强度，L为每匝线圈的平均长度，n为线圈匝数，v为线圈相对于磁钢的运动速度、即系统质量相对于传感器壳体的运动速度。对于传感器来说BLn是常量，所以传感器的电压输出(即感应电动势E)是与相对运动速度v成正比。图18—2—40为一摆式测振传感器，它的质量弹簧系统设计成转动的形式，因而可以获得更低的仪器固有频率。摆式传感器可以测垂直方向或水平方向的振动；它也是磁电式传感器，输出电压与相对运动速度成正比。磁电式传感器输出的电压信号普通比较微弱，需要用电压放大器举行放大。(2)压电式加速度传感器从物理学知道，一些晶体材料当受到压力并产生机械变形时，在其相应的两个表面上浮上异号电荷，当外力去掉后，晶体又重新回到不带电的状态，这种现象称为压电效应。压电式加速度传感器是利用晶体的压电效应而制成的。图18—2—41为压电式加速度传感器的结构原理，压电晶体片上是质量块，用硬弹簧将它们夹紧在基座上；质量弹簧系统的弹簧刚度由硬弹簧的刚度和晶体片的刚度组成，刚度很大，质量块的质量较小，因而质量弹簧系统的固有频率很高，可达数千赫兹，甚至可达100—200kHz。当传感器的固有频率远远大于所测振动的频率时，质量块相对于外壳的位移就反映所测振动的加速度；质量块相对于外壳的位移乘上晶体的刚度就是作用在晶体上的动压力，这个动压力与压电晶体两个表面所产生的电荷量(或电压)成正比，因此可以通过测量压电晶体的电荷量来得到所测振动的加速度。压电式加速度传感器用的放大器有电压放大器和电荷放大器两种。（三）记录器1．X—Y记录仪X—Y记录仪是一种常用的模拟式记录器，它用记录笔把实验数据以X—Y平面坐标系中的曲线形式记录在纸上，得到的是两个实验变量的关系曲线、或某个实验变量与时光的关系曲线。图18—2—42为X—Y记录仪的工作原理，X、Y轴各由一套自立的，以伺服放大器、电位器和伺服马达组成的系统驱动滑轴和笔滑块；用多笔记录时，将y轴系统作相应增强，则可同时得到若干条实验曲线。实验时，将实验变量1(如某一个位移传感器)接通到X轴方向，将实验变量2(如荷载传感器)接通到y轴方向；实验变量1的信号使滑轴沿X轴方向移动、实验变量2的信号使笔滑块沿y轴方向移动，移动的大小和方向与信号一致，由此带动记录笔在坐标纸上画出实验变量1与实验变量2的关系曲线。倘若在X轴方向输入时光信号，或使滑轴、或使座标纸沿X轴按逻辑匀速运动，就可以得到某一实验变量与时光的关系曲线。2．光芒示波器光芒示波器也是一种常用的模拟式记录器，它将电信号转换为光信号并记录在感光纸或胶片上，得到的是实验变量与时光的关系曲线。图18—2—43为光芒示波器的工作原理，当振动的信号电流输入振动子线圈2时，在固定磁场3内的振动子线圈就发生偏转，与线圈连着的小镜片及其反射的光芒也随之偏转，偏转的角度大小和方向与输入的信号电流相对应，光芒射在前进着的感光记录纸上，即留下所测信号的波形，与此同时在感光记录纸上用频闪灯8打上时光标记。光芒示波器可以同时记录若干条波形曲线，它还可以用于静力实验的数据记录。3．磁带记录仪磁带记录仪是一种常用的较理想的记录器，它将电信号转换成磁信号并记录在磁带上，得到的是实验变量与时光的变化关系。磁带记录仪由磁带、磁头、磁带传动机构、放大器和调制器等组成，它的原理见图18—2—44。记录时，从传感器来的信号输入到磁带记录仪，经过放大器和调制器的处理，通过记录磁头把电信号转换成磁信号，记录在以规定速度作匀速运动的磁带上。重放时，使记录有信号的磁带按本来记录时的速度(也可以改变速度)作匀速运动，通过重放磁头从磁带“读出”磁信号、并转换成电信号，经过放大器和调制器的处理，输出给其他仪器。（四）数据采集系统数据采集系统的硬件由三个部分组成：传感器部分、数据采集仪部分和计算机(控制例1.电阻应变片(K=2.0)粘贴于轴向拉伸的试件表面,应变片轴线与试件轴线平行,试件材料E=2.1×105MPa,若应变片的阻值变化为3.400,则应力为(B)。A.2795B.2975C.3975D.5950电阻应变片的电阻值普通为120Ω,则:R=120Ω。dR/R=Kε；σ=E·ε则σ=＝＝2975MPa2.柱子实验中饺支座是一个重要的实验设备,试回答下列哪种铰支座比较可靠灵便?(D)(A)圆球形饺支座;(